技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
汽车制动系统控制架构及方法，尤其是涉及一种适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统分层控制架构及控制方法。
背景技术
[0002] 纯电动、混合动
力和
燃料电池电动汽车等新
能源汽车
动力总成均以
电动机-
蓄电池为核心构成了电力驱动系统，而在车辆制动时，电动机以发电方式工作并为蓄电池充电，即具备制动
能量回收功能。采用回馈制动可有效地回收车辆制动时原本以
热能耗散的能量，提高新能源汽车的能量利用效率、燃油经济性和排放性能。由于电动机回馈制动转矩受到
电机外特性和蓄电池充电特性限制，在较高附着系数路面或高速紧急制动时，无法满足车辆制动需求。与机械
摩擦制动相结合构成的电液复合制动系统，可充分发挥两者的优势。电液复合制动系统不仅提高整车制动系统的响应速度和控制
精度，有利于保证车辆制动安全，还降低了机械制动
摩擦片的使用
频率和强度，延长机械制动系统的使用寿命。
[0003] 目前的电液复合制动系统一般包括复合制动控制单元、液压制动子系统和电机回馈子系统，其中复合制动控制单元连接液压制动子系统和电机回馈子系统，在结构分布上采用集成式。
[0004] 现有的电液复合制动系统主要由
踏板感觉模拟机构，踏板位移
传感器，液压控制单元组成。有的系统仍然保留
真空助力器，但需要额外增加真空
泵。有的系统采用液压助力的方式，但需要额外增加液压源。
[0005] 除满足能够与
再生制动组成电液复合制动外，还需考虑到车辆
稳定性控制需求，如ABS／TCS／ESP等功能集成与实现，为此，国内外提出了满足需求的制动系统结构并依次开发了新的
控制器结构。国外大多由汽车生产厂商和制动安全零部件供应商在其现有制动系统
基础进行改造和升级，并成功用于新能源汽车，如Toyota在
车身稳定性控制系统VSC基础上开发了可与液压制动协调控制的
电子控制制动系统ECB，成功应用于Prius车型，并随Prius车型换代而不断升级改进；Honda开发了具备制动踏板感觉模拟和主缸压力调节功能的集成式制动主缸，压力调节功能由高压源、调节
阀和4个
电磁阀等组成，已应用于混合动力车Civic Hybrid；TRW基于成熟的标准
电子稳定控制系统ESC，充分利用标准的真空助力器和ESC组件，推出了具备制
动能量回收功能的安全制动系统ESC-R，该系统可适用于前驱、后驱及四驱等车辆不同驱动形式。
[0006] 上述系统控制方法大多针对各自的制动系统结构，无法适用于提出的采用一体式主缸的电液复合制动系统结构，为此，提出了一种适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统分层控制架构及控制方法。
发明内容
[0007] 本发明的目的就是为了克服上述
现有技术存在的
缺陷而提供一种适用于一体式主缸的电液复合制动系统的、具有上、下分层设计的、具备多种工作模式和工作方式切换的分层控制架构
[0008] 本发明的另一个目的是提供一体式制动主缸的电液复合制动系统分层控制方法。
[0009] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010] 适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统分层控制架构包括上层电液复合制动控制单元和下层液压控制单元；
[0011] 上层电液复合制动控制单元：由
微处理器、模拟量处理
电路、
数字量处理电路、电源模
块、泵驱动电路、阀驱动电路、状态指示模块及通讯模块组成，
[0012] 模拟量处理电路、数字量处理电路及电源模块向微处理器输入
信号，微处理器接收信号并驱动泵驱动电路、阀驱动电路、状态指示模块，
[0013] 所述的通讯模块与微处理器相连并与下层液压控制单元交换信息；
[0014] 下层液压控制单元：由微处理器、模拟量处理电路、电源模块、泵驱动电路、阀驱动电路及通讯模块组成，
[0015] 模拟量处理电路、电源模块向微处理器发送信号，微处理器向泵驱动电路、阀驱动电路及通讯模块发送信号，
[0016] 所述的通讯模块与微处理器相连并与上层电业复合制动控制单元交换信息。
[0017] 作为优选的实施方式，上层电液复合制动控制单元中，
[0018] 所述的模拟量处理电路采集处理液压传感器信号、制动踏板位移传感器信号、横摆
角速度传感器信号、纵／横向
加速度传感器信号，
信号处理完成后送入微处理器的模拟量采集
接口；
[0019] 所述的数字量处理电路采集每个
车轮的轮速信号，信号处理完成后送入微处理器的数字量采集接口；
[0020] 所述的泵驱动电路接受微处理器控制，驱动预压泵工作，为高压
蓄能器建立压力；
[0021] 所述的阀驱动电路接受微处理器控制，与预压泵配合工作，具有开-关两种工作状态，实现不同工作模式切换；
[0022] 所述的单元状态模块指示接受微处理器控制，指示当前系统工作状态和控
制模式；
[0023] 所述的通讯模块至少包含两个接口，与整车控制网络和下层液压控制单元实现指令传输和数据交换；
[0024] 所述的微处理器与整车控制网络和下层液压控制单元实现指令传输和数据交换。
[0025] 作为优选的实施方式，下层液压控制单元中，
[0026] 所述的模拟量处理电路采集处理每个轮缸液压传感器信号，信号处理完成后送入微处理器模拟量采集接口；
[0027] 所述的泵驱动电路接受微处理器控制，驱动回油泵工作；
[0028] 所述的阀驱动电路接受微处理器控制，分别独立控制四路进油电磁阀、四路出油电磁阀；
[0029] 所述的通讯模块与上层电液复合制动控制单元的通讯模块连接进行数据传输。
[0030] 作为优选的实施方式，上层电液复合制动控制单元的电源模块和下层液压控制单元的电源模块分别为上层电液复合制动控制单元和下层液压控制单元供电，满足不同
电压等级、精度及功率的供电需求。
[0031] 作为优选的实施方式，上层电液复合制动控制单元具有正常工作和失效两种基本模式，
[0032] 作为更加优选的实施方式，正常工作模式包括主动制动模式、常规制动模式、ABS／TCS模式或ESP模式。
[0033] 所述的常规制动模式包含纯液压制动、电液复合制动或纯再生制动三种工作方式，各个控制模式及工作方式能够切换；
[0034] 所述的主动制动模式是指无司机踩动踏板时，上层电液复合制动单元能够接受系统的制动需求指令，对每个轮缸
制动液压力进行分配，并根据车辆状态进入不同的工作模式。
[0035] 作为优选的实施方式，下层液压控制单元根据液压传感器是否工作正常分为轮缸压力闭环和开环控制两种模式。
[0036] 适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统分层控制方法，利用上层电液复合制动控制单元与整车控制系统和下层液压调节单元通讯，模拟量和数字量采集接口得到车辆的当前运行状态，根据司机操作信号或整车控制指令实现
制动力分配和稳定性控制，将所需的各个轮缸目标压力发送至下层液压调节单元；
[0037] 下层液压控制单元接受上层电液复合制动控制单元传输的各个轮缸目标压力，根据车辆轮缸压力进行实时调节，并将轮缸实际压
力反馈给上层电液复合制动控制单元。
[0038] 与现有技术相比，本发明具有以下优势：
[0039] 1.设计了上层电液复合制动单元和下层液压控制单元分层控制架构，实现了模块化设计；
[0040] 2.上层电液复合制动单元设计有稳定性控制传感器接口，可进行ABS／TCS/ESP
算法实现；
[0041] 3.上层电液复合制动单元具备失效模式，能够在失效模式下保证车辆制动安全；
[0042] 4.上层电液复合制动单元能够解析司机操作信号或接受整车控制系统制动指令，可用于车辆智能驾驶辅助系统或自主驾驶车辆；
[0043] 5.下层液压调节单元可根据液压传感器是否正常而采用闭环、开环控制策略，满足制动需求；
[0044] 6.扩展性和适用性好，所开发的系统架构及控制方法不仅广泛应用纯电动汽车、混合动力汽车及
燃料电池汽车等新能源汽车，还能够用于传统车辆。
附图说明
[0045] 图1是本发明控制架构示意图。
[0046] 图中，101、微处理器；102、模拟量处理电路；103、数字量处理电路；104、电源模块；105、泵驱动电路；106、阀驱动电路；107、状态指示模块；108、通讯模块；201、微处理器；202、模拟量处理电路；203、电源模块；204、泵驱动电路；205、阀驱动电路；206、通讯模块。
[0047] 图2是本发明在实际应用时的结构示意图；
[0048] 其中：300、储油室；301、制动踏板；302、踏板位移传感器；303、预压泵；304、
高压蓄能器；305、
常开电磁阀；306、
压力传感器、307、常闭电磁阀；308、踏板感觉
模拟器；401、回油泵；402、进油电磁阀；403、出油电磁阀；404、低压蓄能器；405、压力传感器；406、
轮速传感器；407、车轮；MCUM、上层电液复合制动控制单元；MCUS、下层液压控制单元。
具体实施方式
[0049] 下面结合附图和具体
实施例对本发明进行详细说明。
[0050] 实施例
[0051] 适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统分层控制架构，其结构如图1所示，包括上层电液复合制动控制单元和下层液压控制单元。
[0052] 上层电液复合制动控制单元由模拟量处理电路102、数字量处理电路103、电源模块104、微处理器101、泵驱动电路105、阀驱动电路106、状态指示107及通讯模块108组成，其中模拟量处理电路102、数字量处理电路103、电源模块104向微处理器101
输入信号，微处理器101向泵驱动电路105、阀驱动电路106、状态指示107，通讯模块108与微处理器101相连并与下层液压控制单元交换信息；
[0053] 下层液压控制单元由模拟量处理电路202、电源模块203、微处理器201、泵驱动电路204、阀驱动电路205及通讯模块206组成，其中模拟量处理电路202、电源模块203向微处理器201发送信号，微处理器201向泵驱动电路204、阀驱动电路205及通讯模块206发送信号，通讯模块206与微处理器201相连并与上层电业复合制动控制单元交换信息。
[0054] 模拟量处理电路102能够采集处理液压传感器306信号、制动踏板位移传感器302信号、
横摆角速度传感器信号、纵／横向加速度传感器信号等，信号处理完成后送入微处理器101模拟量采集接口。
[0055] 数字量处理电路103能够采集每个车轮轮速信号等，信号处理完成后送入微处理器101数字量采集接口。泵驱动电路105接受微处理器控制，驱动预压泵工作，为高压蓄能器建立压力。阀驱动电路106接受微处理器控制，与预压泵配合工作，具有开-关两种工作状态，实现不同工作模式切换。上层电液复合制动控制单元的状态指示模块107指示接受微处理器控制，指示当前系统工作状态和控制模式。通讯模块108至少包含两个接口，能够与整车控制网络和下层液压控制单元等实现指令传输和数据交换。微处理器101能够与整车控制网络和下层液压控制单元等实现指令传输和数据交换。
[0056] 模拟量处理电路202能够采集处理每个轮缸液压传感器405信号等，信号处理完成后送入微处理器201模拟量采集接口。泵驱动电路204接受微处理器控制，驱动回油泵工作。阀驱动电路205接受微处理器控制，能够分别独立控制四路进油电磁阀、四路出油电磁阀。通讯模块206与通讯模块108相连，进行数据传输。
[0057] 电源模块104和下层液压控制单元的电源模块203分别为上层电液复合制动控制单元和下层液压控制单元供电，满足不同电压等级、精度及功率的供电需求。
[0058] 上层电液复合制动控制单元正常工作和失效两种基本模式。正常工作模式划分为主动制动模式、常规制动模式、ABS／TCS模式和ESP模式。常规制动模式包含纯液压制动、电液复合制动、纯再生制动三种工作方式，所述的各个控制模式及工作方式能够切换。主动制动模式是指无司机踩动踏板时，上层电液复合制动单元能够接受系统的制动需求指令，对每个轮缸制动液压力进行分配，并根据车辆状态进入不同的工作模式。
[0059] 下层液压控制单元根据液压传感器是否工作正常分为轮缸压力闭环和开环控制两种模式。
[0060] 在控制时，上层电液复合制动控制单元通过与整车控制系统和下层液压调节单元通讯，模拟量和数字量采集接口得到车辆的当前运行状态，根据司机操作信号或整车控制指令实现制动力分配和稳定性控制，将所需的各个轮缸目标压力发送至下层液压调节单元；所述的液压调节单元接受上层电液复合制动控制单元的各个轮缸目标压力，根据车辆轮缸压力进行实时调节，并将轮缸实际压力发送给上层电液复合制动控制单元。
[0061] 结合图2所示的采用一体式主缸的电液复合制动系统为实施例，进一步说明采用一体式制动主缸的电液复合制动系统分层控制架构及控制方法。采用一体式主缸的电液复合制动系统由一体式主缸和液压执行器组成，一体式主缸由储油室300、制动踏板302、踏板位移传感器302、预压泵303、高压蓄能器304、常开电磁阀305、液压传感器306、常闭电磁阀307、踏板感觉模拟器308、
推杆活塞309、助力活塞310、前腔活塞311、前腔
弹簧312、后腔活塞313和后腔弹簧314组成；液压执行器由回油泵401、进油电磁阀402、出油电磁阀403、低压蓄能器404和液压传感器405。
[0062] 踏板位移传感器302、液压传感器306和横摆
角加速度传感器、纵横向加速度传感器接入上层电液复合制动控制单元MCUM模拟量处理电路102，车轮轮速传感器406等接入MCUM数字量处理电路103，预压泵303接受上层电液复合制动控制单元MCUM泵驱动电路105控制，为高压蓄能器304建立压力；常开电磁阀305、常闭电磁阀307接受上层电液复合制动控制单元MCUM阀驱动电路106；液压传感器405送入下层控制单元MCUS模拟量处理电路202，进油电磁阀402、出油电磁阀403接受下层控制单元MCUS阀驱动电路205控制，回油泵401接受下层控制单元MCUS泵驱动电路204控制；上层电液复合制动控制单元MCUM和下层液压控制单元MCUS分别通过通讯模块108和206进行通讯，上层电液复合制动控制单元MCUM通讯模块108与整车控制系统通讯获得车辆关键部件运行状态信息。
[0063] 以前驱纯电动汽车为应用对象，按照采用一体式制动主缸的电液复合制动系统控制模式及工作方式进一步进行说明：
[0064] 一、正常工作基本模式
[0065] 正常工作基本模式是指未出现电气故障或通讯故障时，上层电液复合制动控制单元MCUM和下层液压控制单元MCUS功能良好，且能够准确执行控制指令的工作模式。该基本工作模式按照上层电液复合制动控制单元MCUM控制策略的不同，分为主动制动模式、常规制动模式、ABS／TCS模式和ESP模式，所述的常规制动模式包含纯液压制动、电液复合制动、纯再生制动三种工作方式。
[0066] 电液复合制动系统上电后，上层电液复合制动控制单元MCUM和下层液压控制单元进入初始化状态，此时，未踩下制动踏板301，常开电磁阀305和常闭电磁阀307在上层电液复合制动控制单元MCUM阀驱动电路106作用下均关闭，预压泵303在上层电液复合制动控制单元MCUM泵驱动电路105工作，在高压蓄能器304建立高压，上层电液复合制动控制单元MCUM经模拟量处理电路102采集压力传感器306信号，维持高压蓄能器304压力稳定；进油电磁阀402和出油电磁阀403在下层液压控制单元MCUS的阀驱动电路205作用下分别处于打开和关闭状态，回油泵401在下层液压控制单元MCUS的泵驱动电路204作用下停止工作。
[0067] 1.常规制动模式
[0068] 常规制动模式是指驾驶员踩动制动踏板且未发生车轮
滑移率过大或操纵稳定性时的制动模式。上层电液复合制动控制单元MCUM经模拟量处理电路102采集踏板位移传感器302信号，经数字量处理电路103采集轮速传感器406轮速信号，经通讯模块108分别与下层液压控制单元MCUS和整车控制系统通讯，得到轮缸压力及车辆关键部件信息，综合判断司机当前制动意图，按照路面状况和车辆运行信息且考虑制动法规限制，分配前轴、后轴制动力，并对各轴液压制动力和再生制动力进行分配，其中，各个轮缸目标压力通过通讯模块108发送给下层液压调节单元MCUS。
[0069] 为实现再生制动能量最大化，当再生制动满足制动需求时，进行纯再生制动，下层液压控制单元MCUS保持初始状态；当制动需求强度超过最大再生制动力范围时，进入电液复合制动工作方式，下层液压调节单元MCUS经通讯模块206得到上层电液复合制动控制单元MCUM发送的轮缸目标压力后，经模拟量处理电路202采集轮缸液压传感器405信号作为反馈，通过阀驱动电路205对进油电磁阀402和出油电磁阀403进行实时调节，以达到目标压力，同时经泵驱动电路204对回油泵401进行控制，同时，将轮缸实际压力经通讯模块206实时发送至上层电液复合制动控制单元MCUM；当
驱动电机过热、电池包
温度过低或过高、SOC过高等情况出现时，不能进行再生制动，进入纯液压制动工作方式，轮缸压力控制方法与电液复合制动工作方式相同。
[0070] 2.ABS／TCS模式
[0071] 电液复合制动控制单元MCUM通过数字量处理电路103采集各个车轮
转速传感器406信号，并实时计算车轮滑移率，监测到有车轮抱死趋势，进入ABS模式，假设该车轮47为左前轮，此时，计算得到当前左前轮缸目标压力，并通过通讯模块108发送至下层液压调节单元MCUS，MCUS按照压力调节控制策略关闭进油电磁阀402和打开出油电磁阀403，实现左前轮缸的减压；当车轮抱死趋势消失后，类似地，可以实现ABS控制模式中左前轮制动轮缸压力的保压和
增压。
[0072] TCS模式是指当车辆在低附着路面上行驶，而驾驶员猛踩加速踏板出现车辆滑移率过大情况时，与ABS类似，下层液压调节单元MCUS按照上层电液复合制动控制单元MCUM指令，实时调节进油电磁阀402和出油电磁阀403，控制车轮滑移率。
[0073] 3.ESP模式
[0074] 上层电液复合制动控制单元MCUM通过模拟量处理电路102采集横摆角速度、纵横向加速度传感器信号，通过模块108得到
方向盘转角信号，当车辆出现
转向过度或
转向不足时，进入ESP模式。例如汽车在路滑时左拐过度转向(转弯太急)时会产生向右侧甩尾，上层电液复合制动控制单元MCUM根据车辆状态信息向下层液压控制单元MCUS发送右前轮制动力指令，产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。下层液压控制单元MCUS根据目标压力调整轮缸压力，保证车辆行驶稳定性。
[0075] 4.主动制动模式
[0076] 该模式是指车辆处于遥控驾驶、智能驾驶辅助或无人驾驶时，上层电液复合制动控制单元MCUM通过通讯接口108得到整车控制系统的主动制动需求，并根据车辆运行信息和路面状态，合理分配各个轮缸制动力并向下层液压控制单元MCUS发送目标液压力的模式。该模式除制动需求来源不同外，其余控制逻辑分别与常规制动模式、ABS／TCS模式、ESP模式类似。
[0077] 二、失效基本模式
[0078] 若电气系统失效(如突然掉电)、高压源不能建立高压(如高压蓄能器故障)或传感器故障(如轮缸压力传感器405故障)时，进入失效模式，根据故障严重程度进行不同失效模式，以轮缸压力传感器405故障和系统断电两种为例，说明失效工作模式。
[0079] 为保证车辆在压力传感器405失效时仍能满足一定制动需求，设计有压力闭环和开环两种控制策略，且两种控制策略能够根据轮缸压力传感器405状态进行切换。轮缸压力传感器405故障时，下层液压控制单元MCUS无法采集得到轮缸实时压力信息，下层液压控制单元MCUS使用开环压力控制策略，对进油电磁阀402、出油电磁阀403和回油泵进行401进行控制，此时，仍能保证制动需求。
[0080] 当系统断电时，上层电液复合制动控制单元MCUM和下层液压控制单元MCUS掉电，此时，常开电磁阀305打开，常闭电磁阀307关闭，预压泵303停止工作，高压蓄能器304压力降低；进油电磁阀402和出油电磁阀403分别处于打开和关闭状态，回油泵401停止工作。当驾驶员有制动需求时，通过深踩制动踏板201，推杆活塞309推动制动液，并依次作用于助力活塞310、前腔活塞311和后腔活塞313，在前、后腔内建立压力，制动主缸前腔和制动主缸后腔内制动液流向四个制动轮缸，保证四个制动轮缸的制动压力，实现了失效状态下的紧急制动。
[0081] 任何在本发明的基础上简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。
